Exploitation de la tomographie hydraulique oscillatoire pour la représentation de l'hétérogénéité et de l'anisotropie d'un aquifère granulaire

Nefzi, Aymen (2025). Exploitation de la tomographie hydraulique oscillatoire pour la représentation de l'hétérogénéité et de l'anisotropie d'un aquifère granulaire Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de la terre, 241 p.

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Résumé

L’hétérogénéité et l’anisotropie des aquifères contrôlent l’écoulement de l’eau souterraine et la migration des contaminants, mais la caractérisation de la distribution spatiale hétérogène des propriétés hydrauliques représente un défi majeur. La tomographie hydraulique permet la caractérisation des propriétés hydrauliques entre les puits d’observation, sur des coupes 2D ou sur des volumes 3D, permettant ainsi de caractériser à la fois les propriétés et leur continuité dans l’espace. La tomographie est une méthode de caractérisation qui implique la génération d’un signal hydraulique à partir d’un puits source, puis la mesure de la déformation de ce signal à travers l’aquifère, à différents niveaux dans un ou plusieurs puits d’observation. Dans la littérature, la tomographie hydraulique a principalement été réalisée à l’aide d’essais de pompage à débit constant ou d’essais à choc hydraulique. Pour cette thèse, une approche récemment développée a été explorée : la tomographie hydraulique utilisant des variations sinusoïdales du niveau d’eau avec différentes périodes, dans le puits source. Le but fondamental de cette thèse est d'offrir un exemple exhaustif de l'application concrète de la tomographie hydraulique oscillatoire (THO) à un aquifère granulaire. Cet objectif englobe l'ensemble des étapes essentielles, depuis les procédures de terrain jusqu'au traitement des données et à l'inversion des résultats obtenus. Dans cette démarche, il s'agit également d'explorer le contenu informationnel de la tomographie hydraulique oscillatoire, avec pour ambition d'améliorer notre compréhension de cette technique dans des conditions de terrain authentiques et de mettre en évidence sa faisabilité pour caractériser l'hétérogénéité des aquifères. Tout d’abord, les procédures de terrain et le traitement des données sont présentés, en mettant particulièrement l'accent sur l'inversion des résultats. Pour ce faire, les signaux périodiques des tests tomographiques ont été obtenus mécaniquement avec une tige reliée à un treuil contrôlé par ordinateur. Malgré les défis liés à la caractérisation de l'hétérogénéité des aquifères non consolidés anisotropes, des mesures de charge robustes dépassant les niveaux de bruit estimés ont été obtenues au site expérimental de Saint-Lambert-de-Lauzon près de Québec. Dans cette thèse, des techniques d'inversion utilisant l'algorithme de Levenberg-Marquardt ont été appliquées pour estimer l'hétérogénéité des propriétés hydrauliques (conductivité hydraulique horizontale Kh, anisotropie de K à partir du rapport de K verticale et horizontale Kv/Kh, et emmagasinement spécifique Ss) en simulant les effets de l'écoulement radial des eaux souterraines et du stockage dans les puits. Dans la thèse, nous avons exploré les avancées et les applications de la THO à travers trois études complémentaires. La première démontre la faisabilité de la THO sur le site de St-Lambert, mettant en évidence sa capacité à caractériser l’hétérogénéité et l’anisotropie des propriétés hydrauliques (Kh, Kv/Kh et Ss), en mettant l'accent sur l'utilisation de multiples périodes et leur combinaison. La deuxième analyse compare les réponses de modèles homogènes et hétérogènes pour diverses périodes de signal oscillatoire, proposant des recommandations pour améliorer la résolution des paramètres des aquifères. Enfin, la troisième évalue le contenu informationnel de la THO par rapport à la TH avec essais de perméabilité par choc hydraulique, soulignant ses avantages dans le traitement des données malgré des exigences techniques plus complexes. Cette thèse montre que la combinaison de plusieurs périodes améliore légèrement la résolution de la caractérisation de l'aquifère.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Paradis, Daniel
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Lefebvre, Renéet Bour, Olivier
Mots-clés libres:	Hydrogéologie; Caractérisation des aquifères; Tomographie hydraulique oscillatoire; Anisotropie de la conductivité hydraulique; Hétérogénéité; Analyse de résolution; Inversion numérique
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	18 juin 2026 13:43
Dernière modification:	18 juin 2026 13:43
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/16828

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